Di aria, di pressione, di calore e di tramontana compressa… e speriamo anche compresa!

Di aria, di pressione, di calore e di tramontana compressa… e speriamo anche compresa!

Uno dei fattori principali che intervengono nei fenomeni atmosferici è l’aria.

L’aria è qualcosa che esiste ma non ha né forma né volume proprio.

Sotto compressione, anche modesta, riduce il proprio volume mentre se lasciata libera e trova spazio aumenta spontaneamente di volume, cioè si espande.

L’aria è un gas e solamente nella seconda metà del ‘700 si scoprì che 2 sono gli elementi principali che la compongono: l’ossigeno e l’azoto.

Si scoprì anche che queste due sostanze sono presenti nell’aria nella proporzione di una parte di ossigeno e 4 parti di azoto.

L’aria  contiene in misura variabile, oltre ad altri gas rari, anche una certa quantità di vapore acqueo.

Inoltre si trovano sospesi nell’aria una miriade di corpuscoli che vagano liberamente: essi costituiscono il cosiddetto PULVISCOLO ATMOSFERICO.

L’aria pesa, belin se pesa…

L’aria, come tutti i gas, ha un suo peso e ogni molecola d’aria, come un qualsiasi corpo pesante, viene attratta dalla terra per effetto della forza di gravità.

Cosicché l’aria si addensa tutto intorno alla Terra ed è proprio la forza di gravità che le impedisce di allontanarsi indefinitamente da noi.

Questo involucro d’aria da cui siamo avvolti è detto ATMOSFERA.

Immaginate ora l’atmosfera come una colonna d’aria costituita da tanti strati sovrapposti nei quali le molecole d’aria non hanno la stessa densità…

Decisamente più densi gli strati inferiori, nettamente meno densi via via che ci si allontana dal suolo

Perchè?

Semplicemente perchè gli strati superiori dell’atmosfera gravano con il loro peso sugli strati inferiori esercitando, quindi, con il loro peso, una forza premente su tutti i corpi che si trovano sulla Terra.

Ogni centimetro quadrato della superficie terrestre sopporta il peso di una colonna d’aria avente per base 1 centimetro quadrato e per altezza lo spessore di tutta l’atmosfera.

Si chiama appunto pressione atmosferica il peso dell’aria che grava sopra 1 centimetro quadrato della superficie terrestre.

Ma qual’è la causa principale del riscaldamento dell’aria?

D’istinto si direbbe il sole… e d’istinto sarebbe anche la risposta giusta…

E allora come mai nella troposfera (primi 12 km dell’atmosfera) la temperatura dell’aria diminuisce via via che ci allontaniamo dalla superficie terrestre e ci avviciniamo al sole?

Nelle acque marine, ad esempio, gli strati superficiali, quindi più vicini al sole, sono effettivamente più caldi rispetto agli strati inferiori e in una stanza con una stufa accesa via via che ci si allontana dalla fonte di calore l’aria si fa più fredda…

Nella troposfera, sembra accada proprio l’esatto contrario…

Per comprendere, dunque, cosa accade nell’atmosfera, perchè salendo di quota e avvicinandosi al sole faccia più freddo, bisogna analizzare il concetto di calore e come esso si trasmetta;

C’è il trucco?

Si, lo ammetto, c’è il trucco.

E come ogni vero trucco, c’è ma non si vede…

Se noi immergiamo un pezzo di ferro rovente in una bacinella d’acqua fresca cosa accade?

Il pezzo di ferro si raffredda (cede calore) e l’acqua fresca si scalda (acquista calore)

Ma in che modo?

Nell’antichità pensavano addirittura che il calore fosse una sorta di fluido misterioso (lo chiamavano fluido calorico) che aveva la capacità di trasferirsi da un corpo più caldo ad un altro meno caldo…

Ovviamente se fosse vera questa teoria un corpo riscaldato e che quindi acquista fluido dovrebbe anche aumentare di peso!!!

Nulla di più falso…

Battendo con un martello un pezzo di ferro sia il martello che il pezzo di ferro si riscaldano: come si è creato il calore che prima non c’era?

Per comprendere come si sia trasferito il calore del pezzo di ferro rovente all’acqua e come si sia generato calore nel martello e nel pezzo di ferro occorre comprendere l’intima natura dei corpi: le molecole!

Tutti gli oggetti che ci circondano sono fatti di qualcosa: quel qualcosa è la materia

La materia si presenta sotto 3 stati fondamentali:

Stato solido

Stato liquido

Stato gassoso

I 3 stati, liquido, solido e gassoso presentano peculiarità invisibili all’occhio umano di FONDAMENTALE IMPORTANZA!

E per capirlo occorre divertirsi con un esperimento molto intuitivo.

Prendiamo tre provette uguali, la prima la riempiamo con 5 unità di acqua e la seconda con 5 unità di alcool. Quindi uniamo le due provette nella terza provetta e scopriremo che 5+5 non fa 10, ma un po’ meno di 10!!!

Dovremo necessariamente ammettere che uno dei due liquidi deve aver trovato degli spazi vuoti nell’altro e che questi spazi vuoti sono talmente piccoli da risultare invisibili all’occhio umano…

 

TUTTE LE SOSTANZE, infatti, sono costituite da degli aggregati di tante minuscole particelle (le molecole) separate da piccolissimi spazi vuoti in cui agiscono le forze molecolari attrattive e repulsive…

Ogni molecola, quindi, avendo attorno a sé degli spazi vuoti ed essendo attirata e respinta continuamente dalle molecole circostanti non può avere una posizione fissa e immutabile. Anche in un solido, infatti, ogni molecola vibra oscillando in una posizione di equilibrio come se fosse collegata alle altre da sottilissime molle!!!

 

SOLIDI: le forze attrattive e repulsive tra le molecole sono in perfetto equilibrio e questo permette alle molecole di stare strettamente vicine le une alle altre e di conservare forma e volume definiti

LIQUIDI: le forze attrattive sono leggermente inferiori rispetto a quelle repulsive quindi riescono a spostarsi facilmente all’interno del liquido. E’ per questo che un liquido non ha forma propria ma assume quella del recipiente che lo contiene

GAS: prevalgono nettamente le forze repulsive, quindi le molecole sono liberissime di muoversi

Come possiamo percepire tutto questo movimento molecolare che non vediamo?

Facendo cadere qualche goccia di inchiostro in un bicchiere d’acqua oppure spruzzando qualche goccia di profumo in una stanza. Non ci credete? Provate…

Le molecole d’acqua, in continuo e rapido movimento, colpiscono le gocce d’inchiostro separandole in miriadi di molecole spinte in tutte le direzioni, esattamente quello che accade per le gocce di profumo, colpite e trasportate dalle molecole dell’aria in contino movimento in ogni angolo della stanza…

Ma il nostro pezzo di ferro battuto e riscaldato dal martello?

Ora possiamo finalmente capire che quando si batte un pezzo di ferro con il martello vengono eccitate le molecole superficiali che si mettono ad oscillare con maggiore vivacità, urtando le altre molecole più vicine e trasferendo via via una maggiore vibrazione a tutte le altre (conduzione).

Se tocchiamo il ferro o il martello lo sentiremo più caldo, calore che è dovuto alla maggiore vibrazione delle molecole superficiali! (lo fregamento delle mani vi dice nulla?)

UN CORPO SI SCALDA TUTTE LE VOLTE CHE VIENE AUMENTATA L’AGITAZIONE DELLE SUE MOLECOLE

E il nostro pezzo di ferro rovente immerso nell’acqua?

In questo caso sarà il ferro (caldo) a cedere calore (movimento molecolare, energia) all’acqua più fredda e non il contrario. Infatti è il movimento molecolare più rapido del pezzo di ferro che trasferisce energia alle molecole d’acqua con le quali viene a contatto aumentandone la velocità di oscillazione.

Le molecole del pezzo di ferro perdono energia (il pezzo di ferro si raffredda) mentre quelle dell’acqua acquistano energia e di conseguenza si scaldano sino a quando viene raggiunto il punto di equilibrio termico.

Ma il nostro sole che fine ha fatto?

Qual’è la causa principale del riscaldamento dell’aria?

Come mai la temperatura dell’aria diminuisce via via che ci allontaniamo dalla superficie terrestre e ci avviciniamo al sole?

Forse non tutti sanno che solo il 14% delle radiazioni solari viene intercettato dalle molecole dell’aria.

Non solo, di quel 14% circa la maggiore quantità viene assorbita dagli strati più bassi, semplicemente perchè, come abbiamo visto all’inizio di questo racconto, più densi rispetto agli strati più alti…

 

Quindi al suolo e non in quota…

Quindi più lontano e non più vicino dal sole!

E il resto delle radiazioni solari?

Una quota parte (circa il 35%) torna al mittente, riflessa dalla stessa atmosfera e dalle nuvole, ma la maggioranza, circa il 51%, viene assorbito dal suolo terrestre e dalle grandi masse d’acqua come gli oceani, i mari e i laghi che si scaldano eccitando il proprio movimento molecolare ed emettono (verso l’alto) onde elettromagnetiche che tendono, a loro volta, ad eccitare le molecole d’aria sovrastanti prossime al suolo.

 

Ecco perchè quanto più suolo portiamo via ai prati, ai boschi, alle foreste e in genere alla natura quanto più contribuiamo al riscaldamento antropico dei bassi strati perchè catturiamo una maggiore quantità di radiazioni solari che vengono trasformate in onde elettromagnetiche che scaldano l’atmosfera dal basso e non dall’alto…

Allora perchè l’aria si può riscaldare anche dall’alto verso il basso per compressione?

Ricordate cosa abbiamo detto della materia e della sua composizione?

La materia è formata da molecole unite fra di loro dalle forze intermolecolari (ricordate le molle?) che esercitano tra di loro contemporaneamente forze attrattive e forze repulsive.

Nei solidi sono le forze attrattive ad essere nettamente più forti di quelle repulsive, mentre al contrario, nei gas, come l’atmosfera, saranno le forze repulsive ad essere più forti di quelle attrattive.

Nei gas, infatti, le molecole tendono a muoversi e a scappar via con grande facilità, rispetto a un solido…

Quando un flusso d’aria come la Tramontana (ma succede anche al Marino quando scavalla l’Appennino da sud verso nord) è costretto a superare un ostacolo orografico come una catena montuosa, tende a scivolare lungo i suoi pendii e a raggiungere la costa (come accade in Liguria), o il fondovalle (come accade sulle Alpi) si comprime.

Comprimendosi provoca una normalissima e banalissima accelerazione del movimento molecolare…

Aumenta il movimento molecolare aumenta l’energia cinetica.

E quindi la temperatura!

Benvenuti nella Tramontana compressa…

To be continued



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